ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЕ

Топливоснабжение при газообразном топливе

Большое количество действующих и вновь открытых крупных газовых и газоконденсатных месторождений позволило создать Единую газоснабжающую систему (ЕГСС) государств бывшего СССР. В настоящее время ЕГСС охватывает территорию примерно в 5 тыс. км с запада на восток и более 3,5 тыс. км с севера на юг и обеспечивает газоснабжение потребителей на всей европейской части, на Урале и Западной Сибири. Производство газа в ЕГСС в 1990 г. превысило 805 млрд м и составило около 99% общего производства газа (815 млрд м ). На топливные нужды расходуется более 90% газа, из них более 30% - на электростанциях. Кроме того, газ экспортируется в страны восточной и западной Европы по газопроводу «Союз» (Оренбург - Львов - государственная граница) и газопроводу Уренгой - Помары - Ужгород.

Схема основных магистральных газопроводов (МГ) ЕГСС приведена на рис. 33. Она включает в себя 198 месторождений газа и газового конденсата; сеть МГ с линейной трубопроводной частью длиной около 215 тыс. км имеет около 385 компрессорных станций, 47 подземных хранилищ газа (ПХГ), большое количество газораспределительных станций (ГРС) и газораспределительных пунктов (ГРП).

В структуре МГ около 55% газопроводов имеют диаметры 1020, 1220 и 1420 мм. Пропускная способность МГ диаметром 1420 мм - 31.33 млрд м в год при давлении газа 7,6 МПа. Давление в МГ создается на компрессорных станциях газоперекачивающими агрегатами (ГПА). Суммарная мощность всех ГПА (5,6 тыс.) превышает 45 млн кВт. ГПА имеют приводы электрический (около 15% суммарной мощности) и газотурбинный. Максимальная установленная мощность привода ГПА составляет 25 МВт.

От магистрального газопровода газ поступает на газораспределительную станцию (ГРС), а из нее - в городскую (поселковую) систему распределения газа или непосредственно к крупным потребителям газа (предприятиям, ТЭС и т. п.). Назначение ГРС - снижение давления газа, поступающего по МГ до требуемого в системе распределения газа (например, до 1,2 МПа).

В системе распределения газа (СРГ) могут находиться трубопроводы с различным давлением газа. Ступенчатое изменение давления и распределение газа по трубопроводам различных давлений производится в специальных инженерных сооружениях - газорегуляторных пунктах (ГРП) и газорегуляторных установках (ГРУ).

В зависимости от числа ступеней перепада давления газа в газопроводах, СРГ подразделяются на одно-, двух-, трех - и многоступенчатые:

1) одноступенчатая - СРГ с одним давлением газа в газопроводе; такое решение применяется как при поступлении газа к ГРС по магистральному газопроводу, так и в случае, когда источником газа являются коксогазовый или нефтеперерабатывающий заводы, станции получения сжиженных углеводородных газов (СУГ), биогазовые или газогенераторные установки;

2) двухступенчатая СРГ обеспечивает распределение и подачу газа потребителям двух давлений;

3) трехступенчатая СРГ - подача и распределение газа потребителям осуществляется по газопроводам трех категорий: низкого, среднего и высокого давления;

4) многоступенчатая СРГ обеспечивает подачу газа четырех давлений: высокого I и II категории, среднего и низкого. Эта СРГ используется в крупных городах с большим числом потребителей. Связь между газопроводами различных давлений осуществляется только через ГРП и ГРУ (рис. 34, где: 1 - городские ГРП газопроводов низкого давления; 2 - крупные потребители газа среднего давления; 3 - газораспределительная станция; 4 - магистральный газопровод; 5 - газопроводы высокого давления, до 1,2 МПа; 6 - газопроводы среднего давления; 7 - ГРП газопроводов среднего давления; 8 -

распределительные газопроводы и потребители газа низкого давления; 9 - крупные потребители газа высокого давления, 10 - газопроводы низкого давления).

Газопроводы систем газоснабжения согласно СниП2.04.08.-87 классифицируются так:

- газопроводы высокого давления I категории (при рабочем давлении газа от 0,6 до 1,2 МПа для природного газа и до 1,6 МПа для СУГ);

- газопроводы высокого давления II категории (при рабочем давлении газа от 0,3 до 0,6 МПа);

- газопроводы среднего давления (при рабочем давлении газа от 500 даПа до 0,3 МПа);

- газопроводы низкого давления (при рабочем давлении газа до 500 даПа; давление газа перед бытовыми приборами не должно быть более 300 даПа).

Классифицируются газопроводы по следующим показателям:

- по назначению в системе газоснабжения: распределительные, вводы, вводные, продувочные, сбросные, импульсные, межпоселковые;

- по виду транспортируемого газа: природного газа, попутного газа, СУГ и пр.;

- по местоположению относительно планировки населенных пунктов: наружные (уличные, внутриквартальные, дворовые, межцеховые) и внутренние (внутри зданий и помещений);

- по материалу труб: металлические (стальные и др.) и неметаллические (полиэтиленовые и др.).

Распределительные газопроводы обеспечивают подачу газа от источников газоснабжения до газопроводов-вводов, а также газопроводы высокого и среднего давления, предназначенные для подачи газа к одному объекту (ГРП, промышленное предприятие, котельная, ТЭС и т. п.).

Газопровод-ввод - это газопровод от места присоединения к распределительному газопроводу до отключающего устройства на вводе.

Вводным газопроводом является участок от отключающего устройства на вводе (при установке отключающего устройства снаружи здания) до внутреннего газопровода, включая газопровод в футляре, пронизывающий стену здания.

Межпоселковыми являются распределительные газопроводы, проложенные между населенными пунктами.

Наружные газопроводы прокладываются на территории промышленных и коммунальных предприятий, как правило, надземно. Схема межцеховых наружных газопроводов (рис. 35) зависит от взаимного расположения

городского распределительного газопровода и предприятия. На схеме элементы газопроводов от 1 до 4 размещены под землей, а начиная с элемента 4 и далее, - надземно. Обозначения на рис. 35: 1 - распределительный (городской) газопровод; 2 - общее запорное устройство; 3 - сборник конденсата; 4 - центральный ГРП; 5 - запорное устройство (в колодце мелкого заложения); 6 - ГРП в шкафном исполнении; 7 - отключающее устройство (в колодце глубокого заложения); 8,- продувочный трубопровод; 9 - котельная.

Общее запорное устройство 2 располагают вне территории предприятия, как можно ближе к распределительному газопроводу и не менее 2 м снаружи от линии застройки или ограждения предприятия.

За центральным ГРП находятся межцеховые газопроводы, на каждом из которых установлено запорное устройство (при подземной прокладке - в колодцах глубокого или мелкого заложения). Газопроводы на своем протяжении имеют компенсаторы для восприятия линейной деформации при изменении температуры. В колодцах мелкого заложения такие компенсаторы не нужны, так как в этих колодцах газопровод имеет П - образную форму и обладает свойством самокомпенсации. Фланцевые соединения на газопроводах шунтируются электроперемычками. На подземных газопроводах также имеются: гидрозатворы, устанавливаемые на газопроводах низкого давления в качестве запорной арматуры; контрольные трубки, устанавливаемые в наиболее ответственных местах газопроводов; контрольные проводники для измерения электрического потенциала земля - газопровод; футляры, устанавливаемые в местах пересечения газопроводами фундаментов и подземных коммуникаций. Местоположение сооружений на газопроводах должно быть обозначено табличками-указателями, закрепленными на стенах зданий и сооружений вблизи газопровода или на специальных ориентирных столбиках.

В конце каждого межцехового газопровода предусматривают продувочный трубопровод с краном и штуцером для отбора проб (на рис. 35 не показан).

Прокладку надземных газопроводов до 0,6 МПа производят по стенам производственных зданий, с давлением до 0,3 МПа газопроводы можно прокладывать и по стенам общественных и жилых зданий. Вне стен газопроводы прокладывают по колоннам, отдельно стоящим опорам и этажеркам из несгораемых материалов.

В местах, предусмотренных проектом, газопроводы должны иметь жесткие (нескользящие) опоры.

Внутренние газопроводы. Ввод газопровода в здание и в места прохождения его сквозь строительные конструкции внутри здания должен выполняться с использованием специальных футляров (из стальных труб). Пространство между газопроводом и футляром заполняется просмоленной паклей, а затем цементным раствором. Между футляром и строительной конструкцией пространство заполняется бетоном.

Газопроводы прокладываются по кронштейнам, прикрепленным к стенам, колоннам, каркасам котлов, по подвескам, прикрепленным к перекрытиям, или крепят с помощью хомутов и крючьев к стенам.

Давление газа. При сжигании газообразного топлива его давление может быть низкое (<0,005 МПа), среднее (0,005.0,3 МПа) или высокое (0,3.1,2 МПа). Топливоиспользующие установки работают на газе низкого и среднего давления (коммунально-бытовое потребление, промышленные и отопительные котельные, топливоиспользующие установки промпредприятий) и среднего (котлы ТЭС). Обеспечивается постоянное давление газа при помощи ГРУ или ГРП.

ГРУ монтируют непосредственно в помещениях, где расположены топливоиспользующие установки. ГРП размещают вне помещения в отдельном здании или пристройке, в шкафах, закрепленных на стене снаружи помещения или на отдельной опоре, на несгораемой крыше помещения (например, здания котельной). Кроме поддержания постоянного рабочего давления газа перед горелочными устройствами в ГРУ и ГРП производится: очистка газа и снижение его давления от давления в магистральном (распределительном) газопроводе до рабочего давления; контроль за входным и выходным давлением и температурой газа; учет расхода газа; предохранение от возможного повышения или понижения давления газа сверх допустимых значений. Основное оборудование ГРУ и ГРП: регулятор давления;

предохранительный запорный клапан (ПЗК); предохранительный сбросной клапан (ПСК); фильтр; контрольно-измерительные приборы (КИП); импульсные трубопроводы, по которым подаются импульсы давления газа к регулятору, ПЗК, ПСК и КИП; сбросные трубопроводы, по которым газ отводится в атмосферу от ПСК, продувочных линий и т. п.; запорные устройства (задвижки, краны); отводной газопровод (байпас) для подачи газа к потребителю при ремонте основного оборудования ГРП (ГРУ) [5].

ГРП (ГРУ) могут иметь две и более линий с установкой на них всего комплекта перечисленного оборудования. Прокладка всех газопроводов в пределах ГРП и до технологического (газоиспользующего) оборудования выполняется наземной. Подвод газа от ГРП к газовому коллектору (вне здания) производится по одной нитке. Принципиальная схема ГРП (ГРУ) с учетом расхода газа при помощи устройства «диафрагма - дифманометр» представлена на рис. 36; где: 1, 12- общие запорные устройства на входе и выходе; 2, 10 - то же перед и за ГРП; 3 - продувочный трубопровод; 4 - фильтр; 5 - дифманометр; 6 - дифманометр-расходомер; 7 - ПЗК; 8 - регулятор давления; 9 - пилот; 11 - импульсная трубка; 13 - ПСК; 14 - байпас; 15 - кран продувочного трубопровода; 16 - сбросной трубопровод; 17 - камерная диафрагма; 18 - технический термометр; 19, 20 - самопишущие термометр и манометр; 21 -

Газовое хозяйство. На ТЭС природный газ поступает по одному магистральному или распределительному газопроводу большого диаметра. Газохранилище для природного газа на ТЭС не сооружают. На рис. 37 приведена схема снабжения ТЭС природным газом, где: 1 - распределительный (магистральный) газопровод; 2, 4, 5 - газовые задвижки с электроприводом; 3 - ГРП; 6 - сжатый воздух для продувки газопроводов; 7 - диафрагма для измерения расхода газа; 8 - газовая задвижка запорная; 9 - регулирующая газовая задвижка к запальнику; 10 - заслонка регулятора расхода газа; 11 - быстродействующий клапан; 12 - газовая задвижка запорная; 13 - пробковый кран; 14 - регулирующая газовая задвижка; 15 - газовая горелка; 16 - свеча (продувочный газопровод).

Газ после ГРП поступает в два общих газопровода (на рис. 37 показан один из них), каждый из которых обеспечивает 70% максимального расхода. К котельным установкам газ подводится газопроводами, ответвляющимися от общего газопровода. На линии подачи газа к котельной установке размещены устройства для регулирования и измерения расхода газа. Газовые линии продувают из тупиковых участков через свечи, выведенные за пределы здания в места, недоступные для пребывания людей; через эти свечи удаляют воздух перед растопкой котлов и газ при остановке котлов. Газопроводы устанавливают с уклоном для удаления через конденсатоотводчики скапливающейся влаги.

Схема газоснабжения котельной приведена на рис. 38, где: 1 - дутьевой вентилятор; 2, 13 - поворотные заслонки; 3 - шибер; 4 - горелочное устройство; 5 - манометр показывающий; 6 - переносный запальник; 7 - рабочий кран; 8 - контрольный кран; 9 - штуцер с пробкой для проверки плотности кранов; 10 - трубопровод безопасности; 11, 16 - продувочные газопроводы; 12, 15 - краны для отбора проб на качество продувки; 14 - клапан - отсекатель; 17 - отключающее устройство на ответвлении газопровода; 18 - газовый коллектор котельной; 19 - байпас счетчика газа; 20 - газовый ротационный счетчик; 21 - фильтр-ревизия; 22 - технический термометр; 23 - общая отключающая задвижка; 24 - футляр ввода газопровода в здание котельной. Схема применяется для газопроводов низкого и среднего давления после ГРП. Если в цехе предусмотрена ГРУ, то последняя монтируется в схему между задвижкой 23 и измерителем расхода 20. На рис. 38 показана упрощенная схема обвязки газопроводами среднего давления котельной установки. В качестве отключающих устройств здесь использованы краны. Практика показывает, что по надежности отключения краны эффективнее задвижек, так как неплотности задвижек приводят к утечкам газа в топку, причем обнаружить наличие газа в холодной топке без специальных приборов невозможно, утечки же из кранов попадают в помещение котельной, и их легко обнаружить по запаху. В предложенной схеме обвязки перед каждой горелкой установлено по одному рабочему крану, а контрольный кран и трубопровод безопасности предназначены для котельной установки в целом.

Следует отметить, что схемы обвязочных газопроводов имеют много вариантов и зависят от типа горелочных устройств, вида применяемой автоматики и количества зон регулирования (например, на туннельных промышленных печах), типа отключающих устройств и давления газа. Эксплуатация газового хозяйства ведется на основе «Правил безопасности в газовом хозяйстве».

Металлургические, нефтеперерабатывающие и другие предприятия вырабатывают в виде отходов основного производства горючие газы, которые могут быть использованы в топливосжигающих установках: в промышленных печах, теплогенераторах, паровых и водогрейных котлах.